EPS助力機(jī)構(gòu)選型計(jì)算過程案例目錄TOC\o"1-3"\h\u17392EPS助力機(jī)構(gòu)選型計(jì)算過程案例 114651.1EPS介紹 1192801.1.1EPS的優(yōu)點(diǎn) 1152751.1.2EPS的分類 2167441.2助力電機(jī)選型 374791.3同步帶傳動選型計(jì)算 4118761.4滾珠絲桿選型計(jì)算 51.1EPS介紹隨著汽車尺寸、重量的增加，以及消費(fèi)者對于車輛性能和駕駛舒適性需求的提高，在傳統(tǒng)純機(jī)械式轉(zhuǎn)向器的基礎(chǔ)上發(fā)展出了帶有助力機(jī)構(gòu)的助力轉(zhuǎn)向器。助力轉(zhuǎn)向器相較于傳統(tǒng)機(jī)械轉(zhuǎn)向器，可以為駕駛員提供更好的駕駛舒適感，使得轉(zhuǎn)向操作更為輕便靈敏，也大大降低了重型車輛的操作難度。助力轉(zhuǎn)向器又經(jīng)歷了從液壓助力轉(zhuǎn)向到電控液壓助力轉(zhuǎn)向，再到電動助力轉(zhuǎn)向的演變過程。相較于液壓助力轉(zhuǎn)向器，電動助力轉(zhuǎn)向器有著更高的控制和執(zhí)行精度，質(zhì)量、尺寸小，并且消除了液壓助力轉(zhuǎn)向器的車速與助力輸出功率之間的矛盾。同時(shí)由于EPS助力機(jī)構(gòu)有著較高的控制精度，也為進(jìn)一步開發(fā)車道保持、自動泊車甚至自動駕駛系統(tǒng)提供了硬件基礎(chǔ)。1.1.1EPS的優(yōu)點(diǎn)相較于無助力轉(zhuǎn)向，減小了駕駛員轉(zhuǎn)向時(shí)所需要的手力，減輕了駕駛員的行車疲勞度，一定程度上提高了車輛行駛的安全度相較于液壓助力轉(zhuǎn)向，EPS結(jié)構(gòu)簡單，尺寸、質(zhì)量小，效率高?？刂葡到y(tǒng)調(diào)節(jié)方便，控制精度高，可為駕駛員提供更好的助力特性?？梢元?dú)立于發(fā)動機(jī)工作，助力特性不受發(fā)動機(jī)工況影響，并且降低了油耗，提高了環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。1.1.2EPS的分類圖1.SEQ圖4.\*ARABIC1EPS分類在以齒輪齒條式轉(zhuǎn)向器為基礎(chǔ)的EPS系統(tǒng)中，根據(jù)助力電機(jī)的布置方式和助力力矩的輸出位置不同，大致可歸分為轉(zhuǎn)向管柱助力式EPS（C-EPS）、小齒輪助力式EPS（P-EPS）和齒條助力式電動助力EPS轉(zhuǎn)向器（R-EPS）。轉(zhuǎn)向管柱助力式助力機(jī)構(gòu)布置于轉(zhuǎn)向管柱上，助力力矩通過減速機(jī)構(gòu)施加于轉(zhuǎn)向管柱。常用于助力要求不高、體型較小的車型中。具有尺寸小、結(jié)構(gòu)簡單緊湊的優(yōu)點(diǎn)，但是由于距離方向盤較近，電機(jī)工作時(shí)的振動和噪聲較大，對駕駛員的操作手感產(chǎn)生影響，同時(shí)所能提供的助力力矩較小。小齒輪助力式助力力矩輸出于小齒輪上，點(diǎn)擊尺寸小，結(jié)構(gòu)更為緊湊，空間占用小，同時(shí)距離方向盤更遠(yuǎn)，振動和噪聲對駕駛員影響較小。但是助力力矩較小，只適用于質(zhì)量較輕的小型車。在齒輪助力式（P-EPS）的基礎(chǔ)上，又演變出了雙小齒輪式（DP-EPS）助力轉(zhuǎn)向。其在P-EPS的基礎(chǔ)上，在齒條的另一端加入了一根額外的與齒條嚙合的齒輪軸，助力電機(jī)以和P-EPS同樣的方式將助力力矩輸出至該齒輪軸上。這種形式將助力機(jī)構(gòu)的振動噪聲對駕駛員的影響降到了最低，但在不工作時(shí)對轉(zhuǎn)向效率有所影響。齒條助力式齒條助力式EPS的助力力矩是通過滾珠絲桿傳遞至齒條上的，具體又分為齒條平行助力式（RP-EPS）和齒條直接助力式（RD-EPS）。其中，齒條直接助力式EPS的助力電機(jī)直接環(huán)繞在齒條軸上，可以提供較大的助力力矩，振動噪聲對駕駛員影響較小，并且采用了滾珠絲桿，效率較高。但是由于結(jié)構(gòu)的特殊性，電機(jī)的制造較為困難。齒條平行式轉(zhuǎn)向器同樣采用了滾珠絲杠對齒條施加助力，但助力電機(jī)平行布置于齒條軸外側(cè)，通過帶傳動連接電機(jī)輸出和滾珠絲杠，它具備了RD-EPS的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)制造相對簡單。1.2助力電機(jī)選型可用于電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的助力電機(jī)類型和特點(diǎn)如下：（1）直流有刷電機(jī)應(yīng)用用直流電源供電，通電的繞組在電機(jī)磁場內(nèi)受電磁力作用帶動負(fù)載旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過180°后由電刷作用使繞組電流改變方向，使得繞組始終受到同一個方向的電磁力作用而持續(xù)轉(zhuǎn)動。其控制簡單、成本低，但輸出轉(zhuǎn)矩小，且繞組與電刷發(fā)生摩擦導(dǎo)致其壽命較短。（2）直流無刷電機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有永磁體，電機(jī)內(nèi)的轉(zhuǎn)子位置傳感器接收轉(zhuǎn)子的位置信息，經(jīng)處理后按順序開啟換流器晶體管，使電機(jī)線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場帶動轉(zhuǎn)子雙向轉(zhuǎn)動。其制造成本低，但輸出力矩脈沖較大，在EPS系統(tǒng)中常導(dǎo)致駕駛員操作手感較差。（3）永磁同步電機(jī)永磁同步電機(jī)的工作原理與直流無刷電機(jī)相似，其轉(zhuǎn)子位置控制精度更高，且工作平穩(wěn)、輸出力矩脈沖小、助力時(shí)駕駛員操作手感較好。（4）異步交流電機(jī)應(yīng)用三相交流電源供電，使三相定子中流入三相對稱電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子在磁場力作用下轉(zhuǎn)動輸出轉(zhuǎn)矩。其制造成本低，輸出轉(zhuǎn)矩大，但控制難度較高，難以保證控制精度。根據(jù)助力機(jī)構(gòu)輸出力矩需求較大，在助力工況下需保證駕駛員的操作手感，且在車道保持輔助主動轉(zhuǎn)向干預(yù)過程中需要實(shí)現(xiàn)較為精確的輸出轉(zhuǎn)角控制，最終選用永磁同步電機(jī)作為助力電機(jī)。1.3同步帶傳動選型計(jì)算RP-EPS助力機(jī)構(gòu)通過同步帶傳動將電機(jī)輸出的助力力矩傳遞至滾珠絲桿的螺母上。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選取模數(shù)制同步帶參數(shù)：表1.SEQ表4.\*ARABIC1模數(shù)m節(jié)距p齒形角β齒根厚s齒高?1mm3.142mm40°1.44mm1.2mm帶高?齒頂厚s節(jié)頂距σ?guī)抌圓角半徑r1.2mm1mm0.25mm25mm0.1mm取小帶輪齒數(shù)z1? d1=外圓直徑： d10=齒槽深： ?g=齒槽底寬： bw=外圓齒槽寬： b0=式中：?：徑向間隙，0.41mmCm設(shè)計(jì)同步帶傳動機(jī)構(gòu)減速比為3：1,得到大齒輪節(jié)圓直徑?1.4滾珠絲桿選型計(jì)算滾珠絲桿傳動副可以將螺母的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為齒條的直線運(yùn)動，應(yīng)用在其他場合中時(shí)也可根據(jù)需求調(diào)換運(yùn)動件和固定件。此類傳動具有摩擦阻力小、傳動效率高、傳動精度高、可傳動載荷大的優(yōu)點(diǎn)。滾珠絲桿可以分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種形式內(nèi)循環(huán)式圖1.SEQ圖4.\*ARABIC2內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿的滾珠在循環(huán)過程中始終處于螺桿表面，通過改變螺母的螺紋形狀或安裝返回器墊塊形成滾珠的循環(huán)回路。內(nèi)循環(huán)式滾珠絲桿的結(jié)構(gòu)簡單，滾珠回程較短，但加工難度較大，且承載較小，常應(yīng)用于小型精密儀器。外循環(huán)式圖1.SEQ圖4.\*ARABIC3外循環(huán)式滾珠絲桿外循環(huán)式滾珠絲桿指滾珠在循環(huán)過程中離開螺桿表面，而在螺母內(nèi)部或外置循環(huán)管內(nèi)進(jìn)行回流。此類滾珠絲桿傳動副尺寸較大，可用于傳動載荷較大的場合。根據(jù)具體循環(huán)方式的不同，外循環(huán)式滾珠絲桿又有螺旋槽式和插管式等不同的形式。結(jié)合本設(shè)計(jì)中助力機(jī)構(gòu)的承載和結(jié)構(gòu)需求選用螺旋槽式滾珠絲桿。RP-EPS中的滾珠絲杠的螺桿與齒條軸為一個整體，根據(jù)齒條軸的尺寸信息和需傳遞的負(fù)載參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選擇螺桿參數(shù)：表1.SEQ表4.\*ARABIC2參數(shù)名稱螺紋外徑d螺紋底徑d滾珠直徑D數(shù)值2621.56.5參數(shù)名稱公稱直徑d導(dǎo)程角?導(dǎo)程數(shù)值27.56°9.5計(jì)算鋼球與螺紋間的接觸應(yīng)力： σ=k式中：R2r：滾珠半徑,3.25mmE:彈性模量，2.1×